我們在之前的科普報告中，已經(jīng)詳細介紹了多種儲能方式及系統(tǒng)，現(xiàn)在有必要對此前幾篇報告的內(nèi)容進行一定回顧，同時對大型電能儲存情況進行探討，對比不同儲能裝置的特征，從而能夠針對各種不同的場景，選擇最合適的儲能裝置。

思考的問題

1、在已經(jīng)介紹過的幾種儲能裝置中，各自最大的特點分別是什么？

2、當(dāng)前商業(yè)化應(yīng)用較成熟的是哪幾種裝置？

3、各類儲能裝置如何應(yīng)用在電力生產(chǎn)、輸送和使用的各個環(huán)節(jié)？

重要結(jié)論

抽水蓄能及蓄電池儲能是目前商業(yè)化程度較高的兩種儲能技術(shù)，而發(fā)展相對完善、技術(shù)可靠性很高的只有抽水蓄能一種。對我國來講，儲能是改善目前棄風(fēng)棄光、城市短時超負荷用電、降低用電成本的重要途徑，需要大力發(fā)展。充分考慮各類儲能裝置的特點，除抽水蓄能外，對其中1-2種其他技術(shù)進行集中科研、突破并大規(guī)模裝備，將能夠極大促進的我國儲能行業(yè)發(fā)展。

儲能系統(tǒng)的選擇

回顧我們已經(jīng)介紹過的所有儲能系統(tǒng)，抽水蓄能是目前唯一一種發(fā)展完善且可靠性較高的儲能技術(shù)。全世界的商用抽水蓄能裝置裝機容量超過50GW，目前還有不少于10GW在建。抽水蓄能的主要問題在于，有時很難找到合適的選址，選址需要臨近電網(wǎng)且擁有合適的物理特性，還需要建造大規(guī)模土木工程，同時還要考慮對環(huán)境的影響。

將壓縮空氣泵送至地下是相對抽水蓄能而言能量密度更高且選址更為容易，對同樣的經(jīng)濟上切實可行的裝置而言，其規(guī)模更小，建造時間更短（最長5年）。但是其問題在于，壓縮空氣儲能的裝置規(guī)模相對較?。ㄗ畲鬄榘偃fkWh），且由于壓縮過程中空氣溫度會不斷升高，因此儲存前需要進行冷卻以防止巖石斷裂或鹽穴蠕動。將空氣輸入汽輪機驅(qū)動發(fā)電機前需要再次加熱空氣，這一過程降低了其轉(zhuǎn)換效率。另一點不利因素是，壓縮空氣儲能需要使用優(yōu)質(zhì)燃料如天然氣等驅(qū)動燃氣輪機。

電解水產(chǎn)生的氫氣可以作為儲存能量的方式，如果與我們討論過的燃料電池儲能結(jié)合的話，氫氣可以儲存為壓縮氣體，通過燃料電池可將其轉(zhuǎn)化為電力。氫氣儲能裝置在選址和運行方面有更大的靈活性，運輸可以借鑒完善的天然氣運輸技術(shù)。如果是通過管道運輸?shù)脑?，其建設(shè)、維護及環(huán)境成本都要比電網(wǎng)低得多。但是其缺點也非常明顯，氫氣存儲需要大體積儲罐，且易燃易爆。液態(tài)氫的運輸和使用都有諸多不便且技術(shù)不是非常成熟，金屬氫化物則需要考慮基質(zhì)金屬的價格及運輸。

盡管氫氣及燃料電池儲能仍然面臨諸多問題，不論是制造、存儲、運輸或是終端使用，都有很多可以改進的地方，但是其是最環(huán)保的電力系統(tǒng)儲能類型是共識，應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展。

飛輪儲能技術(shù)目前處于積極開發(fā)階段，主要應(yīng)用于車輛和大規(guī)模儲能的脈沖發(fā)電，也有較小規(guī)模的模塊形式的應(yīng)用。飛輪存在一系列儲能優(yōu)勢，首先，針對持續(xù)時間段的儲能循環(huán)而言，飛輪的效率非常高。其次，由于飛輪材料存在限制因素，僅可將其用于較小的模塊中，這對于大型電力系統(tǒng)是一個缺點，但是對小規(guī)模應(yīng)用而言則是優(yōu)點：其可以做成任意的尺寸，應(yīng)用到任何需要的環(huán)節(jié)中去。但目前看，對電力系統(tǒng)而言，飛輪儲能的成本仍然較高，目前應(yīng)用較多的是配電部分。

化學(xué)電池適用于電力系統(tǒng)供給側(cè)和需求側(cè)的許多儲能應(yīng)用，是當(dāng)前發(fā)展的重點。其主要特點如下：

1、可以直接儲存和釋放電能。

2、模塊化建設(shè)，靈活性高。

3、環(huán)保問題不突出。

4、無需機械輔助設(shè)備。

5、制造交付周期短。

目前已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的Pb-PbO2和NiO-Fe電池成本與基荷電站符合均衡的目標(biāo)成本相當(dāng)，而眾多其他體系的蓄電池如Na-S及Zn-Cl2，由于能夠大幅節(jié)約成本而擁有極佳的發(fā)展前景，且距離商業(yè)化非常近。此外，使用固態(tài)電解質(zhì)的電池也擁有良好的發(fā)展空間。

蓄電池儲能多為模塊化構(gòu)造，可以大大降低場地成本、縮短建造周期，由于選址要求不高、安全、污染少、無噪聲，化學(xué)電池對環(huán)境的影響非常小，這是其能夠分布地應(yīng)用于用戶側(cè)的重要原因。

與蓄電池相同，電容器也采用模塊化建設(shè)的模式，因此可以在工廠完成標(biāo)準化的裝配，從而大大縮短從規(guī)劃到安裝的交付周期，降低基建成本。相比電池，電容器儲能裝置的主要缺點是能量密度過低，但由于電容器的內(nèi)阻很低，其功率密度非常高，可以應(yīng)用在合適的場合以增加功率。

超導(dǎo)電磁儲能能夠直接儲存電力，因此效率極高，但是價格非常昂貴。從經(jīng)濟性角度看，其只適用于超大規(guī)模的電力系統(tǒng)。目前看，超導(dǎo)電磁儲能并不存在無法解決的技術(shù)問題，不過由于需要使用大型裝置，而目前實驗性質(zhì)的莊主都是小型且經(jīng)濟性很差的，因此其開發(fā)的成本非常高。

我們將不同儲能系統(tǒng)的量化參數(shù)總結(jié)在下表中：


總結(jié)來看，熱能儲存、壓縮空氣儲能和抽水蓄能技術(shù)的反向時間相對較長，因此相比反向時間較短的飛輪儲能、化學(xué)電池儲能和超導(dǎo)磁儲能技術(shù)，其應(yīng)用范圍受限；另一方面，熱能儲存、壓縮空氣儲能和抽水蓄能技術(shù)適用于大型裝置，而規(guī)模較小的飛輪儲能或具有模塊化狗仔的化學(xué)電池、電容器等，適用于供給側(cè)的較小規(guī)模裝置，或分散儲能裝置。 

用戶側(cè)儲能

儲能技術(shù)是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、電磁能等形式的能量儲存起來的一種技術(shù)，其發(fā)展與應(yīng)用關(guān)系到了未來能源的使用方式和能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展變革。儲能的應(yīng)用十分廣泛，但從經(jīng)濟性與商業(yè)化推廣的角度上來看，用戶側(cè)儲能是當(dāng)今儲能最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。由于目前許多國內(nèi)發(fā)達省市已經(jīng)實現(xiàn)了峰谷電價差，為用戶側(cè)儲能的商業(yè)化推廣奠定了基礎(chǔ)，而儲能電站的成本也可以通過有效計量測算得到預(yù)算結(jié)果，所以只要各省市的峰谷電價差達到一定金額并在一定時間內(nèi)維持，那么用戶側(cè)儲能既具備經(jīng)濟性和商業(yè)化推廣的條件。從另一方面來看，儲能的應(yīng)用還能改善電能質(zhì)量，這對通信基站而言是十分重要的。

思考的問題

1、用戶側(cè)儲能與發(fā)電側(cè)、配電側(cè)有何區(qū)別？

2、經(jīng)濟性如何？

3、該如何選擇合適的儲能方式？

重要結(jié)論

用戶側(cè)儲能是當(dāng)前鉛炭電池儲能應(yīng)用的最重要的場景之一，利用電價峰谷差可以立刻實現(xiàn)收益，因此相比其他場景擁有較大的優(yōu)勢。目前，用戶側(cè)儲能最主要的用戶是制造型的工業(yè)用電大戶，且單個訂單的儲能電量及總訂單數(shù)都在快速增長。預(yù)計2017年，我國蓄電池儲能規(guī)?？蛇_2000MW，實現(xiàn)同比3-4倍的增長。

經(jīng)濟效益促進用戶側(cè)儲能發(fā)展

儲能技術(shù)的不斷發(fā)展以及規(guī)模提升帶來的儲能應(yīng)用成本下降，從而產(chǎn)生的經(jīng)濟性是近年來推動儲能不斷發(fā)展的根本因素。從用戶側(cè)儲能方面來說，目前最直接的收益來源是利用峰谷電價差進行削峰填谷。隨著儲能度電成本的下降以及各省市峰谷電價差的實行，儲能在削峰填谷應(yīng)用中開始顯現(xiàn)出商業(yè)價值。目前，我國不同地區(qū)的峰谷電價仍然由各省發(fā)改委進行核定，根據(jù)我們在本系列《鉛炭電池之下游應(yīng)用篇》中的測算，在峰谷價差達到0.9元/KWh的時候，可以在8年左右的時間實現(xiàn)約8%的IRR。


資料來源：國家電網(wǎng)、各省發(fā)改委



從表1、表2可以看到，目前全國大多數(shù)省份和許多城市已經(jīng)實現(xiàn)了企業(yè)用電、居民用電峰谷電價差別收費的制度，這為儲能在削峰填谷中的商業(yè)化推廣與應(yīng)用提供了可能盈利的前提條件。另外，隨著技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，鉛炭電池的度電成本不斷下降。假設(shè)按照表3所示，將鉛炭儲能應(yīng)用于削峰填谷中，則運行期間，每天在零點到早晨八點谷電時間充電8小時，平均日充電量約為9300kwh，累計充放是平穩(wěn)的。峰電時期放電8小時，平均日放電量為8400kWh，鉛炭電池的充放電效率可以達到90.51%。財務(wù)計算的效率是85%。若以峰時電價為1.05元，谷時電價0.31元測算，每天收益約為5938.03元，每年按照360天計算，年收益為2,137,691元。由此可見，儲能技術(shù)在未來削峰填谷的應(yīng)用中有很大的商業(yè)價值和發(fā)展前景。


需要注意的是，雖然儲能技術(shù)在用戶側(cè)有很大的發(fā)展應(yīng)用空間，但是目前來看，用戶側(cè)儲能的市場規(guī)模仍然較小，且用戶側(cè)儲能電站的規(guī)模也都在10-20MWh左右。即使是商業(yè)化項目，也普遍為實驗性質(zhì)的儲能項目。隨著儲能技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，如果儲能電站規(guī)模能夠擴大，則單位儲能電量的成本可以下降，這是因為配電設(shè)施的價格會隨著采購量的上升而下降；監(jiān)控設(shè)備由于是公司自行生產(chǎn)的，因此生產(chǎn)成本和造價可控，突然出現(xiàn)大幅波動情況的可能性較小；另外，在接下來的儲能項目商業(yè)化進程中，人工成本會隨著遠程監(jiān)控的引入和應(yīng)用率不斷增高而降低，所以未來人工成本對于儲能項目建造估算的影響將會越來越小。

用戶側(cè)儲能是重要發(fā)展方向


圖2顯示了近年來我國儲能項目累計裝機規(guī)模變化情況圖?？梢钥吹?，從2011年起我國儲能項目就進入快速發(fā)展的階段。2011年全國儲能項目累計裝機規(guī)模僅為38.5MW，2014年末就發(fā)展到了93.7MW，2015年末累計裝機規(guī)模達到了105.5MW。另外，從儲能項目的應(yīng)用分布方面來看，可以發(fā)現(xiàn)，儲能項目在分布式發(fā)電及微網(wǎng)中的應(yīng)用占比高達56%，超過了全國儲能項目的一半以上，可再生能源并網(wǎng)應(yīng)用占比為35%，位居第二。從整體來看，儲能項目應(yīng)用占比較高的仍為用戶側(cè)。

目前我國的電力系統(tǒng)中，由于居民、企業(yè)用電時間相對集中，我國又缺乏相關(guān)有力的錯峰政策及措施，所以常常會出現(xiàn)在用電高峰時期發(fā)電輸出功率不能滿足居民及企業(yè)的用電需求，導(dǎo)致供電不穩(wěn)的情況。若在用戶側(cè)引入分布式及微網(wǎng)儲能技術(shù)，可在用電低谷時從電網(wǎng)吸收多余的電能，在用電高峰時期釋放，有利于居民及企業(yè)的穩(wěn)定用電。另外，由于是設(shè)置在用戶側(cè)的儲能，在需要時直接釋放電能并將其供應(yīng)給用戶，不用經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸，避免了變電和輸電環(huán)節(jié)的額外損耗。

用戶側(cè)儲能是梯次利用的重要應(yīng)用場景

在儲能技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用中，梯次利用的引入十分關(guān)鍵。從儲能電池的材料方面來看，鉛是十分重要的原材料，鉛的有效回收利用對降低鉛炭電池的成本有積極的推進作用。圖4展示了再生鉛的大致生產(chǎn)流程。通過回收已使用過的儲能電池，分離出鉛并進行一系列加工，最終生產(chǎn)出可以被再次利用的鉛產(chǎn)品。如今，鉛回收利用已經(jīng)是非常成熟的產(chǎn)業(yè)，2014年我國再生鉛產(chǎn)量達到約160萬噸，同比增長6.7%，占鉛產(chǎn)量的38%。隨著鉛回收技術(shù)的進一步提升，目前鉛的回收率可以達到98%以上。再生鉛技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用對未來進一步降低儲能成本而言是一個十分重要的因素。


另一方面，從動力電池的回收利用來看，將使用過的動力電池回收加工后應(yīng)用于儲能領(lǐng)域是十分有意義的。圖5展現(xiàn)了動力電池回收利用的大致流程圖?？梢钥吹剑艘巯聛淼膭恿﹄姵仉m然容量有所下降，但是仍然具備利用價值。若是能對其進行有效回收利用，可以使新能源汽車制造商的成本有所下降。另外，將回收加工后的動力電池應(yīng)用于儲能領(lǐng)域，可以起到削峰填谷，穩(wěn)定電力系統(tǒng)等作用。值得注意的是，大部分用戶側(cè)對于電池的要求比發(fā)電側(cè)更低一些，梯次利用的引入可以使得儲能在用戶側(cè)應(yīng)用中進一步增強其經(jīng)濟效益，擴展儲能的應(yīng)用空間。